莲花山构造定向井安全钻井技术

PAGEPAGE1莲花山构造定向井安全钻井技术杨勇文王彩玲杨杰超彭宽军郭立特摘要莲花山构造位于四川盆地西部边缘，龙门山逆掩推覆带的前缘坳陷。该构造复杂，断层发育，并均为逆断层。定向点以上的表层的夹关组以砂岩主夹泥岩，地层疏松胶结不好，钻遇该层位时发生严重漏失，甚至失返等险情。在定向点以下为须家河，在须五段页岩和砂岩互层，夹碳质页岩及煤层，须五地层本身就易发生掉块和垮塌，该地层的地层倾角大，又为定向井，更容易引起掉块和垮塌。为此，从优化钻井参数、优选钻头、优选钻井液体系、堵漏措施、电测及下套管等方面进行研究，形成一套适合莲花山构造定向井安全钻井技术，经现场试验该技术方案效果明显。关键词莲花山构造定向井安全钻井技术1前言莲花山构造位于四川省雅安市碧峰峡境内，是川西坳陷与龙门山逆掩推覆带前缘的过渡带。在区域构造上，莲花山构造位于四川盆地西部边缘，位于龙门山逆掩推覆带的前缘坳陷。莲花山构造储层主要以须二段为主，所布开发井大多为25～70°定向井，造斜点井深在2800～3300m左右，我们针对莲花山构造上部地层胶结不好易漏失、自流井以下地层倾角大和须五及以上地层易垮塌的地质特点，制定了一套莲花山构造安全钻井措施，尽量减少复杂与事故的发生，避免填井，保证电测及下套管顺利进行。2莲花山地质情况及钻井难点分析莲花构造表层易漏，空洞、裂缝发育，且部分与地表连通，漏失性质不尽相同，采用常规桥浆堵漏耗时较多，水泥堵漏凝固时间掌握不好易造成水泥浆流失，导致堵漏失败。地层研磨性强，特别是须家河地层，可钻性极差，是影响全井钻井速度的主要井段。地层稳定性差，须家河地层和蓬莱镇、沙溪庙、夹关组、自流井等上部地层破碎带多，压力系统差异较大，须家河砂页岩互层段长，高应用坍塌现象严重。沙溪庙组至须三段地层压力逐渐增大，但一到了须二段，地层压力非常低，如果用须二以上地层使用的钻井液钻揭须二段很容易井漏。同时，须二也是该构造的主要产层。高低压同存，井控风险大。地层倾角较大，易造成井斜，控制钻压采用吊打方式，不仅机械钻速慢，钻井周期长，也不易满足地质靶区要求。浅层油气显示活跃。如蓬莱镇和须六均含气。3技术方案研究3.1优选钻头、优化钻井参数、优化钻具组合莲花山构造的地质结构复杂，断层倾角40～60°，各井的地层自然造斜能力均不一致，在稳斜井段依据设计进行钻具组合，加强井斜的监控，及时调整钻井参数及钻具组合，根据井斜的变化情况调整短钻铤的长度，改变扶正器距离井底的高度。在定向井钻进中，在采用化学防塌的同时，也要考虑物理防塌，φ216mm井眼排量保持在28L∕s左右，φ152mm井眼保持在15L∕s左右。针对以上情况结合地层，φ445mm井眼使用SHT22RG钻头，φ311mm井眼和φ216mm井眼加双扶的防斜的防斜组合，在进入蓬莱镇以前，天马山组为杂色砾岩，使用大齿型的HA437G，在钻砾石层时适当控制钻压和转速；进入蓬莱镇以后到沙溪庙中部，使用PDC钻头，沙溪庙底部为含砾砂岩，推荐使用金属密封高转速J系列HJ517GK钻头或者HJ537GK钻头。开始定向后推荐使用金属密封高转速J系列HJT517GK钻头或者HJT537GK钻头。在φ152mm井眼推荐使用HA617G或HA637G钻头。一旦出现钻速减慢，就立即循环起钻。定向钻具组合为：φ216mm钻头+φ165mm1°弯螺杆+φ1654mm无磁钻铤1根+回压凡尔+φ1654mm钻铤24根+φ1274mm钻杆定向后通井组合为：φ216mm钻头+配合接头+φ214mm扶正器+φ165mm无磁钻铤+φ165mm钻铤24根217.15m+4A1X410接+φ127mm钻杆稳斜钻具组合为：φ216mm钻头+配合接头+φ165mm短钻铤1根+φ214扶正器+φ165mm无磁钻铤1根+φ214mm扶正器+φ165mm钻铤24根+φ127mm钻杆3.2优选钻井液体系及优化钻井液性能地层破碎水敏性强、井壁不稳定是莲花山构造引发各种井下复杂的难度最大的核心问题，解决此难题是确保该地区井下安全，提高钻井速度的关键。从莲花构造已钻井的实况来看，所钻的莲花1-1井、莲花000-1，莲花101、莲花000-X2井等井都出现了大量由井下严重垮塌引起的井下复杂，不但大幅度增加钻井的综合成本，也大幅度增加了钻井周期，延缓了勘探和开发的进度。分析认为：造成井下垮塌的原因，地质复杂易垮塌是原因的一方面，更主要的原因是以前所用钻井液体系不能充分满足莲花地区井下防垮塌的需要，包括所设计的聚合物钻井液和聚磺钻井液。根据已钻井资料分析得出，在二开以后井段选用防塌能力强的高钾聚磺钻井液，能满足莲花山构造钻井的需要，高钾聚磺钻井液具有很强抑制能力和防塌能力，是能够稳定井壁、携砂性能好，能满足钻进和各种井下作业需要的。高钾聚磺钻井液特征就是在聚磺钻井液中引进7-10%的KCl，利用高浓度的K+和Ca++的协同作用，大幅提高聚磺钻井液防抑制能力和防塌能力，从而达到抑制地层水化分散、防止垮塌、稳定井壁、确保井下安全的效果，其技术核心就是确保钻井液中含有足够的K+和Ca++。全井段始终保持井浆中KCl含量达5-7%以上，CaO含量达0.5%以上。Cl—和Ca++浓度保持在22000mg/l和500mg/l以上，在此基础上，根据井下情况，调整钻井液的流变性、滤失性、润滑性能和密度，以满足于钻进和各种井下作业的需要。3.2堵漏措施 莲花山构造的表层夹关组以砂岩主夹泥岩，地层疏松胶结不好，整个层位钻进中均有渗透性漏失，同时也数个有大的漏层，甚至失返。在钻该层位井段时钻井液采用粘度为滴流的低固相钻井液进行抢钻，能有效控制漏速，一旦钻遇大漏层，尽量裸露大漏层，然后直接采用加2～5％CaCl2的快干水泥堵漏。3.3电测及下套管技术措施莲花山定向井各开的钻井中，要保证电测及下套管顺利进行，一是保持井壁稳定，二是坚持带扶正器钻进，扶正器安放位置根据井身质量需要来确定。电测若遇阻，用带扶正器的原钻进钻具组合通井，若通井顺利没有遇阻现象，电测又遇阻，井斜40°以上，则考虑钻杆传输电测。若通井遇阻划眼，到井底后加强变排量循环，钻具上下大幅度活动，钻井液加入适量的防塌润滑剂；同时用密度1.90g∕cm3左右，粘度180s以上的重加稠浆15～20m3进行循环携砂。上述措施能有效地清洁井眼。在下套管循环起钻前，替入2～5%固体润滑剂的井浆，要求覆盖造斜点以下裸眼；套管的管串中，在裸眼段套管扶正器使用“腰鼓型”扶正器，也可加入适量的导入环。4现场应用及效果莲花山的莲花000-4井使用了该套技术措施后，机械钻速和钻井周期明显得到了提高，效益显著。钻井周期缩短到现在定向井的210天。（1）莲花000-4井钻进至井深224.00m、291m、345m、359m、502.5m、572.1m时发生井漏，6次均采用本文所提堵漏措施，加2～5％CaCl2的夹江G级高抗快干水泥堵漏成功。（2）莲花000-4一开使用SHT22RG钻头，二开在进入蓬莱镇以前的天马山组为杂色砾岩，使用大齿型的HA437G，进入蓬莱镇以后到沙溪庙中部，使用PDC钻头，沙溪庙底部为含砾砂岩，使用金属密封高转速J系列HJ517GK。在φ152.4mm井眼使用HA617G钻头。双扶稳斜钻井参数：钻压18～20t，排量26～30L/s，泵压16～20Mpa。考虑重力沿井眼方向的分作用力为钻压，另外扶正器存在较大摩阻，即吃钻压情况，钻压可适当调整至20～22t。通过优化钻具组合、钻井参数和钻头选型，机械钻速提高到1.91m/h。（3）莲花000-4井使用高钾聚磺钻井液，确保了井壁稳定，携砂性能良好，减少了井下复杂。5结论与建议（1）莲花山构造无论直井还是定向井，都存在表层的严重井漏和须二石英砂岩磨钻头都是同样的问题。（2）在该构造钻井，第一开封住夹关组水层和易漏层，为第二开安全快速钻井创造良好的条件，二开也可使用氮气钻井以提高机械钻速。（3）须二段采用密度1.15～1.20g/cm3的钻井液钻进。低于1.15g/cm3钻井液不能充分满足须二的地应力而导致垮塌，若采用1.15g/cm3的钻井液钻进，一旦井下出现垮塌等复杂情况，要控制井下复杂，建议密度提到1.25g/cm3以上。（4）高钾聚磺钻井液体系中混入适量柴油，效果更佳。参考文献[1]龚一鸣、张克信《地层学基础与前言》中国地质大学出版社200